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张玉宏，王文军
(内蒙古国电能源有限公司电力工程技术研究院，内蒙古呼和浩特 010010)
摘 要：分析了褐煤低温热解的意义，解释了褐煤热解的概念，描述了褐煤低温热解产品的用途，通过国内外褐煤低温热解工艺技术的比较，说明了热解技术的内涵，探讨了目前国内褐煤低温热解技术的现状。
中图分类号: 文献标识码:ATD849+.2 文章编号:1006—7981(2012)14—0044—02 我国的能源结构是贫油少气富煤，在丰富的煤炭资源储量中，褐煤占有较大的比例。特别是在新疆和内蒙古蒙东地区褐煤储量非常丰富，更重要的是目前褐煤的利用已经成为我国能源利用的一个重要环节。然而褐煤具有含水量大、热值低、易碎、运输难等缺点。因此如何高效地利用褐煤已经成为一个重要的课题。本文就褐煤利用的其中一种途径褐煤低温热解的工艺做一个介绍和分析。1 褐煤低温热解基本理论1.1 褐煤低温热解基本概念
褐煤低温热解是指褐煤在隔绝空气或惰性气氛中，在500-650℃的温度区间，持续加热升温的条件下发生的一系列化学和物理变化，在这一过程中化学键的断裂是最基本的行为，褐煤热解的产物主要是半焦、煤焦油和煤气。褐煤热解的产物的性质分布受煤的性质、加热速率、热解温度等特定条件的影响。
1.2 褐煤热解过程
当煤颗粒被加热后，最初在颗粒内部的热分解反应将产生挥发分和半焦，这称为一次热解反应。一次挥发分中含有气体(如H 2,CO ,CO 2,H 2O ,CH 4和其他小分子碳氢化合物等)和液体产物，焦油一般被定义为常温下以液态形式存在的产物。一般认为芳香团簇结构是焦油的主要来源，而非芳香性气体则来源于煤外围官能团和团簇之间的链接，热解产物通过扩散和对流被输送到颗粒外部。煤颗粒释放出的由热解产生的一次挥发分在颗粒间的高温气相中发生热裂解反应称为二次热解。在二次热解反应中，一次挥发分进一步转变成气体和固体形态的焦炭。1.3 褐煤热解影响因素
褐煤热解过程受众多因素的影响，主要可以分为两类：一是原煤性质，如煤种、煤的粒径和煤中矿物质的组成及含量等；二是热解反应条件，如加热速率、停留时间、热解终温和热解压力等。此外，热解过程还受反应气氛、压力等其他因素影响，各个影响因素在褐煤热解过程中是相互制约、相互作用的。 褐煤热解产品用途分析
褐煤低温热解主要产品是半焦、煤焦油和煤气。半焦产率根据煤种不同和热解工艺的不同，有一定的差别，一般占原煤量的50%左右。半焦热值高于原煤(对褐煤可提高50%-80%)，反应活性好。依据原料煤灰分不同，得到的半焦灰分也不同。煤焦油的产率也和煤种以及热解工艺有关，一般占原煤量的5%左右。煤气的产率和品质与热解工艺有很大关系。
半焦的主要用途：燃料，褐煤半焦可远距离运输，与运输同热量褐煤比较，可以节省运力25-30%。气化原料，通过褐煤热解提质可以有效克服其煤质局限，使之成为高质量的气化原料，同时，回收高附加值的焦油产品，实现褐煤资源利用价值最大化。中低灰分半焦制水煤浆(也称水焦浆，用于气化原料等)，成浆浓度可以达到60%以上，可用于水煤浆气化；而褐煤的成浆浓度通常在45-50%。加工成无烟燃料或加工成型焦；低灰分半焦可制成活性炭；低灰分半焦制成型焦后，可用作电石原料和铁合金用焦；煤焦油主要用途：煤焦油加氢裂解可以生产汽油(馏分)、柴油(馏分)和燃料油，用途广泛。
热解煤气主要用途：由于采用的热解工艺不同，其可燃气体含量不同，热值也有较大差异。采用固体热载体技术产生的煤气，与焦炉煤气和天然气十分相近，可以直接作为工业原料和民用燃料。直立炉等生产出的热值较低的煤气只能作为工业燃料。3 国内外煤低温热解典型工艺介绍和分析3.1 国外低温热解技术概况
3.1.1 T oscoa1固体热载体热解工艺
T oscoa1工艺是美国T osco 公司基于Tosco —Ⅱ油页岩干馏工艺开发的煤低温干馏方法。用瓷球作为热载体，在热解转炉内进行煤的干馏，属于内热式—低温—中速—固体热载体干馏工艺。该工艺开发的主要目的是对煤提质，增加其热值，并回收高价值气体和液体产品。所产半焦含有足够的挥发分，可用于现有的发电厂而不需改变设备或附加辅助燃料。该工艺的意义在于降低煤炭的运输费用；降低电厂的硫排放量；半焦可用作气化原料或生产型焦;
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内蒙古石油化工 2012年第14期
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收稿日期2::2012-04-22
所产粗焦油经加氢可获得优质的轻质合成原油。3.1.2 LFC气体热载体热解工艺
LFC热解提质工艺由美国SGI公司1987年研发(随后壳牌矿业公司(SMC)加入共同开发)，现为MR&E公司拥有。LFC热解提质工艺是以低阶煤提质为目的，生产液体燃料和固体燃料。属于内热式—低温—中速—气体热载体干馏工艺。
本工艺采用怀俄明州的怀俄达克次烟煤为原料，将煤筛分成3-50mm，由给煤机将煤加入到装置的上部，并进入干燥炉。在干燥炉和热解炉中，有一个细格子的转鼓，将上部落下来的煤与下部吹上来的循环加热气体形成对流并进行混合。对于干燥炉内的温度和停留时间进行调节，以脱除原料煤中的水分。干燥后的煤进入反应炉内，并在540℃下热解。根据生成物的特性，对加热速度和时间进行控制。半焦离开反应炉后在卧式回转窑内进行急冷，然后将产物半焦送入预存仓。由于半焦易产生粉尘，而且易吸收水分。为此,SMC公司开发添加剂，可以防止粉尘飞扬和吸附水分。
该工艺固体产品PDF(即半焦)发热量比原煤提高50%，所得PDF燃烧稳定性好，且没有自燃发火的问题。采用MK粉尘抑制剂，有效地抑制了微粉尘的量,MK添加剂的加入量为半焦质量的0.2%，可以使微粉尘的量降低到10%以下。该工艺还得到液态产品称为CDL(也就是煤焦油)，该工艺以低阶煤提质为目的,CDL(煤焦油)产率并不高。
3.1.3 澳大利亚的流化床快速热解工艺
澳大利亚的流化床快速热解工艺由澳大利亚联邦科学与工业研究院(CSIRO)自20世纪70年代开始研究开发。对多种烟煤、褐煤进行了流化床快速热解研究，并着重对热解焦油的组成、性质、再加工特性进行研究试验。该工艺开发的目标是用澳大利亚煤生产液体燃料。工艺类型为低温或中温热解—闪裂解(反应时间小于1s)—内热式固—气热载体(砂子流化床)。装置规模为20kg/h，属于实验室规模。试验
用煤全部在200目以下。在快速热解条件下，褐煤的焦油产率可达23%(580℃时最高)，是该煤葛一金干馏实验的150%。焦油在室温下粘度较高,70℃时是普通的流体状态。褐煤半焦是优质和多孔的, 600℃时褐煤制取的半焦仍含有原煤中氢的30%，半焦中剩余挥发分的存在，有利于其在燃烧器中的稳定燃烧。存在的问题是还缺少中间试验或工业试验的检验。
3.2 国内煤低温热解工艺技术
3.2.1 Da-Gong固体热载体热解工艺
大连理工大学提出的以半焦为热载体的新干馏方法，该方法主要由煤干燥、提升、半焦流化燃烧及煤焦混合、煤干馏、焦油及煤气的回收系统等部分组成，属于内热式—低温—中速—固体热载体干馏工艺。原料粒径要求小于6，采用半焦作为固体热载体在高温螺旋中加热褐煤、油页岩或低变质烟煤等物料，混合后物料温度为550-650℃，再将煤焦混合物被送入干馏反应器完成于馏反应，析出热解气态产物，半焦在提升过程中加热通过半焦槽作为热载体循环使用。所得热解煤气发热量高、CO2含量较低，是优质的民用煤气或工业用燃气。
3.2.2 柯林斯达带式炉气体热载体热解工艺
柯林斯达带式炉热解工艺实际上是内热式气体热载体热解工艺，但是炉型结构与立式炉等有较大差异，
并且在成熟度、环保措施以及焦粉的处理都具有一些特点。属于内热式—低温—中速—气体热载体干馏工艺。
带式炉为现代新型水平连续式煤炭加工设备，炉内采用耐热金属带煤料输送。在长度方向上，按工艺分为干燥段、炭化段和冷却段。
在干燥段，由燃褐煤热风炉提供烟气加热，工作温度在300℃左右，煤料完成干燥后继而进入炭化段。炭化提质时，温度升至500℃-600℃，褐煤受热分解，析出部分挥发份，得到高热值褐煤半焦产品和焦油副产品，净化后的煤气供带式炉自用。
3.2.3 流化床热解工艺
以流化床热解为基础的低温热解主要特点是将循环流化床中的循环热灰或半焦作为热载体，与原煤在热解炉中混合进行热解，获得热解煤气和液体产品，产生的半焦与放热后的热载体送回到循环流化床燃烧炉中燃烧，循环热载体吸收热量后升温又回到热解炉中提供反应所需热量，而半焦燃烧产生的热量用以发电或供热。
中科院过程所的“煤拔头”工艺、浙江大学循环流化多联产工艺、济南锅炉厂与北京动力经济研究院的热电多联产工艺等均属于该种类型技术。
4 结束语
我国目前褐煤低温热解技术基本上还处于示范开发阶段，示范工艺的技术可靠性和经济行还需要各个项目长期稳定运行来验证。另外，不同煤种、不同热解技术及不同炉型对焦油、煤气和半焦的收率影响较大，因此，在开展褐煤热解项目时要考虑煤质特性、热解技术以及热解后的目标产品等各种因素，根据项目的具体情况选择褐煤热解工艺。
实验室流化床
褐煤热解对于褐煤的利用有着不可替代的作用，对我国能源的高效利用更是有着非常积极的意义。因此，对褐煤热解技术的探讨、完善以及规模化，是今后一个重要课题。
[参考文献]
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2012年第14期 张玉宏等 褐煤低温热解及其工艺现状分析
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2004.
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